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地理信息系統(tǒng),地理信息系統(tǒng)背景知識(shí) 地理信息系統(tǒng)原理 常用地理信息系統(tǒng)軟件操作 地理信息系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,,,,,,1,第一章 緒論,2,什么是地理信息系統(tǒng)?,Geographic Information Systems GIS 20世紀(jì)60年代開始迅速發(fā)展起來的一門新技術(shù)， 以采集、存儲(chǔ)、管理、描述、分析地球表面及空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng) 分析和處理地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù) 地理學(xué)、測(cè)量學(xué)、地圖學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué),3,§1 我們所處的時(shí)代:信息時(shí)代,關(guān)聯(lián)名詞 計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)、信息、信息的DNA 知識(shí)經(jīng)濟(jì) Internet、全球信息高速公路 .com、伊妹兒、QQ “數(shù)字地球” ….,4,1.1 人類社會(huì)的發(fā)展階段,人類文明始于100萬年前 經(jīng)歷 采集-漁獵社會(huì),1,000,000 B.C.~8,000 B.C.,98% 農(nóng)業(yè)社會(huì),8,000 B.C.~1780,1% 工業(yè)社會(huì),1781~1945,瓦特發(fā)明蒸汽機(jī),0.22% 信息社會(huì),1946~,第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生 我們處在信息社會(huì)(或邊緣) 數(shù)據(jù)、信息、知識(shí),5,1.2 信息社會(huì)的特征,美國MIT多媒體實(shí)驗(yàn)室主任Nicholas Nagropnte 出版 “Being Digital”,《數(shù)字化生存》： 兩個(gè)術(shù)語 數(shù)據(jù)（Data） 信息（Information） 信息時(shí)代人類社會(huì)的基本要素：原子?比特 比特：信息的DNA 具體工具：計(jì)算機(jī) “計(jì)算機(jī)不再只和計(jì)算機(jī)有關(guān),它決定我們的生存”,6,1.2.1 什么是比特?,比特(Bit),信息的基本單位 開/關(guān);真/假;出/入;黑/白;大/小;上/下;高/低;… 0/1 計(jì)算機(jī)運(yùn)行的基礎(chǔ)——二進(jìn)制 數(shù)字化 .,7,1.2.2 信息的測(cè)度,信息量與它的不確定性成正比 出現(xiàn)一個(gè)信號(hào)i所取得的信息量與出現(xiàn)該信號(hào)的概率成反比 公式 單位:比特(bit) Ii:某一信息系統(tǒng)中出現(xiàn)i信號(hào)所取得的信息量 pi: i信號(hào)出現(xiàn)的概率,8,例:,投一次骰子,問是什么數(shù)字?,答:=6. 概率為1/6,則信息量:,答:3.概率為1/2,則信息量:,買彩票,每組1,000,000,設(shè)1個(gè)特等獎(jiǎng),9,1.2.3 數(shù)據(jù),數(shù)據(jù) 是指客觀實(shí)體的屬性值，是一組描述客觀現(xiàn)實(shí)世界（如數(shù)量、行動(dòng)、目標(biāo)等）的非隨機(jī)的可鑒別的符號(hào)。 信息是經(jīng)過加工后的數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)、信息和知識(shí),,10,數(shù)據(jù)量與信息量的關(guān)系,數(shù)據(jù)量單位 Bit, (數(shù)據(jù)——位/信息——比特) Byte(字節(jié)):8個(gè)二進(jìn)制位 數(shù)據(jù)量為1字節(jié),信息量為8比特 KB/MB/GB/TB：1024 /1000,海量數(shù)據(jù) 公式:I=D-du I-信息量,D-數(shù)據(jù)量,du-冗余量 如口頭禪 千年問題 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),11,1.2.4 技術(shù)與知識(shí)的作用,硅 原始石英料?成品電路硅 價(jià)值: 1?10 000 000 知識(shí)貢獻(xiàn)率 采集-漁獵社會(huì),3~5% 農(nóng)業(yè)社會(huì),10~15% 工業(yè)社會(huì),20~30% 信息社會(huì),60~80%,12,1.3 信息高速公路/數(shù)字地球,國家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NII) www:World Wide Web GGG:Great Global Grid 數(shù)字地球(Digital Earth) 國家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施 空間概念的凸現(xiàn) 地球觀測(cè)系統(tǒng) 空間數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘 地球信息圈(Infosphere),13,§2 計(jì)算機(jī)中的信息表示,ASCII字符的表示 漢字的表示 聲音的表示 圖像的表示,14,2.1 ASCII字符的表示,西文計(jì)算機(jī)內(nèi)碼 1字節(jié) 7位二進(jìn)制編碼+最高位為0 27=128個(gè)字符 1:0 011 0001 A :0 100 0001 回車符: 0 000 1101 chr$(13) 制表符：chr$(9),15,2.2 漢字(國標(biāo)碼GB2312-80)的表示,連續(xù)的2字節(jié) 最高位為1 128*128=16384個(gè)漢字 我 1 1001110 1 1000010 啊 1 0110000 1 0100001 為什么出現(xiàn)亂碼?,16,2.3 聲音(32KBps)的表示,采樣頻率: 記錄每次采樣數(shù)據(jù)所用的位數(shù),每次采樣用16位保存(2字節(jié)) 一分鐘立體聲（兩條音波曲線）音樂的存貯空間為： 2*32*60*2=7860(KB)=7864320(B),17,2.4 圖像(200dpi彩圖)的表示,4in*8in的照片，每inch有200個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)用3個(gè)字節(jié)(RGB)表示顏色，則存貯空間為(1in=25.3995mm,): 4*200*8*200*3=3,840,000(B),,18,§3 地球空間信息科學(xué),地球空間位置表示 (經(jīng)度/緯度/高程),(x,y,z) 地球空間信息采集 如何獲取空間坐標(biāo)及其目標(biāo)屬性 地球空間信息表達(dá) 與人溝通 地球空間信息處理 空間數(shù)據(jù)管理、知識(shí)發(fā)現(xiàn),19,3.1 地球空間位置表示,地球表面模型 空間信息分布在不規(guī)則的類橢球體的表面（或地下/上空） 地理坐標(biāo)/地圖投影 三維位置的二維表示 地面點(diǎn)高程（加以補(bǔ)充）,20,3.1.1 地球表面模型,地球自然面 包括平原表面、高山輪廓、海洋底部的固體地球表面。 不適合數(shù)字建模：長度、面積、體積等幾何測(cè)量困難。 大地水準(zhǔn)面 水準(zhǔn)面：海洋占地表的71%，假設(shè)海水處于靜止時(shí)，在地球引力影響下，一個(gè)處處與重力方向垂直的連續(xù)曲面。即海平面延伸到所有大陸下部，構(gòu)成連續(xù)、閉合曲面。 大地水準(zhǔn)面：平均靜止的水準(zhǔn)面 旋轉(zhuǎn)橢球體 大地水準(zhǔn)面表面起伏,是一個(gè)復(fù)雜的曲面 以大地水準(zhǔn)面為基礎(chǔ)建立旋轉(zhuǎn)橢球體,接近于大地水準(zhǔn)面,容易數(shù)學(xué)表達(dá),21,克拉索夫斯基橢球體模型,長半徑 a=6378140m 極地扁率 f=(a-b)/a=1/298.257 將地球視為球體時(shí) 地球半徑,22,3.1.2 地理坐標(biāo):經(jīng)度/緯度,地理坐標(biāo)系：用經(jīng)度、緯度度量地面點(diǎn)平面位置的坐標(biāo)系統(tǒng)，規(guī)定： 經(jīng)度 首子午線（通過原英國格林尼治天文臺(tái)）的經(jīng)度為0o，與首子午面的夾角稱為經(jīng)度，向東0~180o為東經(jīng)；向西0~180o為西經(jīng) 緯度 赤道的緯度為0o，與赤道面的夾角稱為緯度，向北0~90o為北緯；向南0~90o為南緯 我國領(lǐng)土位于東半球/北半球，地理坐標(biāo)表示為東經(jīng)/北緯，例如： 北京地理坐標(biāo)：東經(jīng)116o28’/北緯39o54’,23,3.1.3 地圖投影,平面直角坐標(biāo)系具有良好的空間視覺，而且易于進(jìn)行距離、面積等空間參數(shù)量算 在GIS中，空間數(shù)據(jù)處理和分析多基于平面直角坐標(biāo)系。 獨(dú)立平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測(cè)量區(qū)域較小時(shí),半徑R10km,曲面近似于平面,可以測(cè)區(qū)中心點(diǎn)的切平面代替曲面,地面點(diǎn)的投影位置可以用平面直角坐標(biāo)來確定 高斯平面直角坐標(biāo) 當(dāng)測(cè)量區(qū)域較大時(shí),如何將地球橢球體的點(diǎn)位展繪到平面上，必須有適當(dāng)?shù)耐队胺椒? 如1:10,000采用3度帶,24,3.1.4 地面點(diǎn)高程,空間點(diǎn)的屬性信息之一 由高程基準(zhǔn)面起算的地面點(diǎn)高度。,,地面點(diǎn)沿鉛垂線方向至大地水準(zhǔn)面的距離，稱為正高 ，亦稱為海拔或稱為高程。,25,3.2 地球空間信息技術(shù),傳統(tǒng) 采集 位置:經(jīng)緯儀/測(cè)尺 高程:水準(zhǔn)儀 表達(dá) 地形圖 處理 面積量算:方格網(wǎng)/求積儀,現(xiàn)代 采集 全站儀 GPS/RS 表達(dá) 基于GIS的專題地圖 處理 基于GIS的空間分析，數(shù)據(jù)發(fā)掘和知識(shí)發(fā)現(xiàn),兩者區(qū)別于兩個(gè)方面：精度與效率,26,信息系統(tǒng)分類,,27,GIS的組成,信息系統(tǒng)是指輸入的是數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，輸出的是信息，并具有反饋和控制功能的系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息系統(tǒng)一般都以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。 現(xiàn)代意義上的信息系統(tǒng)四大要素組成: 計(jì)算機(jī)硬件（Hardware） 計(jì)算機(jī)軟件（Software） 系統(tǒng)操作人員（Lifeware） 數(shù)據(jù)（Data）,28,GIS基本組成圖示,29,GIS特色：實(shí)體與屬性,采用（普通地圖+數(shù)據(jù)卡）難以滿足工作效率與精度的要求。 圖形數(shù)據(jù)與地面上所代表的含義是相聯(lián)系的 實(shí)體(entity) 屬性(attribute) 加拿大地理信息系統(tǒng)（CGIS） 1962年提出，1972年投入使用，成為第一個(gè)GIS 任務(wù)：土地資源分類與繪制專題地圖 常用的GIS軟件 ARC/INFO MapInfo,30,為什么需要GIS?,如果你在國土資源部門工作： 如何清查可利用的耕地、森林、礦產(chǎn)資源，水體可利用程度以及數(shù)量，野生動(dòng)物的棲息地需求？ 如果要開發(fā)這些資源，怎樣評(píng)價(jià)哪些資源是短缺的？ 如何預(yù)測(cè)這些資源在未來10年、20年乃至第七代以后，其可利用性的和數(shù)量的改變？,31,GIS的用途,一般來說，一個(gè)完整地理信息系統(tǒng)至少能回答或解決以下三類問題——位置、條件和模擬。 ①對(duì)于指定的空間位置，給出該位置的基本表述，如某一實(shí)體（點(diǎn)、線或多邊形）的地圖編碼、地理坐標(biāo)、地類（或地類代碼）等； ②回答符合一定條件的實(shí)體在哪里的問題。例如查詢某個(gè)地區(qū)內(nèi)面積不小于667m2的所有耕地圖斑； ③模擬某個(gè)地方如果具備一定條件會(huì)發(fā)生什么的問題。例如要修建一條從甲地到乙地寬50m的公路，在一定目標(biāo)下如何修建：如果給出公路繞道付出的經(jīng)濟(jì)效益、占用耕地失去的社會(huì)效益、占用林地失去的生態(tài)效益等函數(shù)關(guān)系，模擬如何修建是最優(yōu)化的。顯然，模擬必須是基于特定模型的分析。 實(shí)際上，隨著地理信息系統(tǒng)的發(fā)展，時(shí)間因素將會(huì)被越來越重視（時(shí)域地理信息系統(tǒng)，Temporary GIS),32,GIS應(yīng)用領(lǐng)域,資源管理 如耕地?cái)?shù)量及分布 區(qū)域規(guī)劃 如土地利用與人口分布相協(xié)調(diào) 國土監(jiān)測(cè) 如結(jié)合遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警和評(píng)估 輔助決策 消防部門提高路線選擇 移動(dòng)電話公司發(fā)射塔的選址 .,33,幾個(gè)問題需注意和思考的問題,二維平面表示了三維橢球面 地圖比例尺的大小 如何拼接兩幅鄰接地圖 如何將土地利用圖與土壤地圖疊加 計(jì)算機(jī)軟件的綜合運(yùn)用,34,作業(yè)1,在(0,0)-(100,100)區(qū)域內(nèi)輸出一個(gè)距離為1的點(diǎn)陣文件 第1個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)（0.5,0.5） 點(diǎn)陣信息自下往上和自左往右依次賦于序號(hào)i 以制表符相隔 右圖為距離為10的點(diǎn)陣,35,參考界面,36,